[论文解读] Quark cluster contribution to cumulative proton emission in fragmentation of carbon ions

B. M. Abramov, P. N. Alekseev+9 more|arXiv (Cornell University)|Apr 23, 2013

High-Energy Particle Collisions Research被引用 4

一句话总结

本文在 0.6–2.0 GeV/nucleon 能量范围内，利用反向运动学研究碳离子碎片化过程中的累积质子发射，基于夸克-胶子弦框架下的夸克集团碎片化模型。研究估算出碳核中六夸克（2N）集团的概率为 7.7–11.9%，九夸克（3N）集团的概率为 0.2–0.6%，为核物质中多夸克态提供了实验约束。

ABSTRACT

In the FRAGM experiment at heavy ion accelerator complex TWAC-ITEP, the proton yields at an angle 3.5$^\circ$ have been measured at fragmentation of carbon ions at $T_0 = $ 0.6, 0.95 and 2.0 GeV/nucleon on beryllium target. The data are presented as invariant proton yields on cumulative variable $x$ in the range 0.9 < $x$ < 2.4. Proton spectra cover six orders of invariant cross section magnitude. They have been analyzed in the framework of quark cluster fragmentation model. Fragmentation functions of quark-gluon string model are used. The probabilities of the existence of multi-quark clusters in carbon nuclei are estimated to be 8--12% for six-quark clusters and 0.2--0.6% for nine-quark clusters.

研究动机与目标

• 研究中等能量下碳离子碎片化过程中累积质子发射的起源。
• 检验多夸克集团（六夸克、九夸克）对累积粒子产生的贡献假设。
• 利用不变截面数据提取 12C 中两核子和三核子集团概率的实验约束。
• 在强子-核子相互作用背景下验证夸克集团碎片化模型。

提出的方法

• 在 0.6、0.95 和 2.0 GeV/nucleon 能量下，测量 12C 在 Be 靶上碎片化区域 3.5° 方向的质子产额。
• 以累积变量 x（0.9 < x < 2.4）为函数，分析不变截面数据。
• 应用基于夸克-胶子弦模型的碎片化函数，进行夸克集团碎片化模型分析。
• 使用高斯分布拟合 1N、2N 和 3N 集团贡献，其概率 w1、w2、w3 之和为 1。
• 利用动量扫描和飞行时间测量，通过电荷-质量关联识别质子及其他碎片。
• 基于 GEANT4 的模拟用于确定探测效率，并校正接受度效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 六夸克（2N）集团在 12C 碎片化中对累积质子发射的贡献有多大？
• RQ2 基于累积质子谱，碳核中九夸克（3N）集团的概率是多少？
• RQ3 在 0.6–2.0 GeV/nucleon 能量范围内，多夸克集团的概率如何随入射能量变化？
• RQ4 观测谱在多大程度上支持夸克集团碎片化模型，而非其他解释？
• RQ5 结果与理论预测及先前对短程核子关联的实验估计相比如何？

主要发现

• 在测量的能量范围内，12C 中六夸克（2N）集团的概率估算为 7.7–11.9%。
• 九夸克（3N）集团的概率估算为 0.2–0.6%，且在不同能量下保持一致。
• 2N 集团概率与先前从累积π介子产生获得的估计值（6%）及理论预测值（12.5%）相符。
• 3N 集团概率显著低于文献[12]中的理论预测值（2.6%），提示模型可能存在局限性。
• 结果与 TJNAF A(e,e') 实验中关于碳中短程核子关联的结果（2N 为 19.3±4.1%，3N 为 0.55±0.17%）具有合理一致性。
• 在 x > 1.3 区域的拟合中出现波状结构，提示可能存在未被考虑的效应（如内部集团运动），可能需要对模型进行改进。